基于北斗导航系统的生态环境监测应用研究＊——以云南省桃花源旅游景区为例

佘先明

（湖南应用技术学院，湖南 常德 415100）

云南省桃花源旅游景区在维护景区生态平衡的基础上，借助其独特的资源优势发展生态旅游，相继建成了野象谷、望天树、绿石林、雨林谷、梦源奇景等生态旅游景区。通过构建生态旅游景区，普及了自然科学知识，增强了游客的自然保护意识，全国科普教育基地的功能和云南科普教育基地已经完成。通过先进的现代科技手段监测景区生态环境动态，获取实时的景区生态环境信息，对于保护桃花源旅游景区生态权益、防灾减灾、保护景区生态环境具有重要意义。目前，随着生态环境监测技术的不断成熟，桃花源旅游景区已开发应用了先进的智能生态环境监测设备，在维护景区生态环境稳定方面发挥了重要作用。桃花源旅游景区生态环境监测设备普遍采用的数据传输管理系统为INMARSAT、ARGO。这些源自国外的系统，不仅保密性差，而且自主性低。中国北斗卫星导航系统(BDS)是中国自主研制的全球卫星导航系统，可快速功能定位、精确定时、发送和接收短消息。笔者设计了一种基于北斗卫星导航系统的桃花源旅游景区生态环境监测系统，将短报文通信与移动通信相结合，能够实现对景区生态环境的远程、实时、自动、全天候监测，具有较高的稳定性和安全性。

1 BDS与气象及大气环境

由于能提供“北斗一号”气象保障服务，“北斗+”已经被广泛用于气象领域。气象数据的传输方式不一而足，使用最广泛的当属以下三种：一是基于联通和移动通信技术的GPRS和4G模式；二是短波无线电；三是基于卫星通信的VSAT通信站。目前，中国已经建成了以北斗为基础的气象数据传输系统，由卫星发射站、北斗系统以及国家和省级服务平台组成。自动气象站采集的气象数据将传输到北斗通信终端。同时，基于北斗气象数据传输系统还具有特殊化的短报文通信功能，能有效传输偏远地区的气象数据。如果能掌握基本的天气情况，地面主站就可以对远程站的北斗通信终端加以控制，对数据采集、数据传输的频率加以调整。在气象监测预警方面，北斗系统包括气象监测、大气探测。有利于消除卫星位置的误差变化，获取信息，支持桃花源旅游景区生态气象观测有效和准确的生态气象数据。有学者利用北斗多轨特性，将反演系统与反射可见区MEO等卫星联合反演，可以降低噪声误差。BDS也被广泛应用于大气探测领域，尤其是基于北斗铸型机载区域气象传感器、探测器通过整合风北斗卫星定位模块、无线传输模块等，可实现仪器外线投篮后空气数据检测、采样和数据传输，以获取空气的功能信息。此外，许多气象站在水汽电离层监测领域使用北斗系统，可以有效监测区域性变化。在大气环境方面，北斗系统可以监测气压、温度、湿度、降雨等气象数据。徐博良等[1]提出了基于北斗系统的空气质量实时监测系统的解决方案，构建了由气压采集模块、温湿度采集模块、PM2三部分构成的数据采集终端。在采集模块、北斗模块、交换板模块作用下，可以将数据传递给客户端以及服务器平台。软件界面的地图通过调用百度地图API实现实时定位。现有研究有效结合了BDS技术和ZigBee技术，在此基础上开发了环境参数实时采集系统，可以采集温度、湿度、压力、光强等参数，拓宽了监测范围，提升了监测质量和监测效率。

2 系统功能和性能

基于北斗导航卫星系统的桃花源旅游景区生态环境监测系统主要由生态环境监测终端、信息综合服务平台构成。北斗桃花源旅游景区生态环境监测终端同时兼具定位功能、通信功能、数据采集功能，能借助移动通信网络将相应数据传输到信息综合服务平台[2-5]。继而由平台统一分析处理接收的数据，构建数据库，存储数据，发送数据。

基于北斗导航卫星系统主要有以下功能：1）实时定位功能，实时定位桃花源旅游景区生态环境动态。2）实时监控功能，实时监控桃花源旅游景区生态环境参数，如温度、盐度、pH值、叶绿素、水质变化等，并以用户需求为依据，定制监测内容。3）数据处理功能，实时解析数据，分析数据，存储数据。4）信息警告功能，一旦监控值超出正常范围，系统会及时发出警告信息。同时，对比分析已收集的桃花源旅游景区生态数据，预测景区生态环境趋势，帮助用户及时准确的定位潜在风险，以便用户能预先采取有效化措施，从根源上杜绝风险发生的可能性。5）电子围栏功能，用户可在特定区域内放置生态环境监测终端，一旦终端移动出电子围栏，系统会及时发出警告信息。6）数据概述功能，对收集到的监控数据信息进行统计处理，可通过终端监控跟踪，了解景区生态环境变化。7）用户管理功能，个人用户管理包括用户基本信息、用户权限，设备管理包括设备的基本信息绑定、解绑定等。平台开发采用B/S结构，界面友好，方便用户和系统交互。

平台软件包括数据处理、实时监控、统计报告、异常报警和用户管理模块：1）数据处理模块接收数据，分析数据，并存储数据。2）实时监控模块显示终端位置，监控数据和电子围栏信息实时显示电子海图。3）统计报表模块可以播放终端的历史轨迹，也可以总结类别或时间的监测数据。4）异常报警模块设置报警信息和电子围栏，在出现监测数据超出正常范围或终端移出电子围栏情况时，系统会自动发出预警信息。5）用户管理模块通常用于个人用户管理、设备管理。在科学技术发展的带动下，生态环境监测方式也不一而足。多数的生态环境监测系统普遍存在智能化水平低、实时性能欠缺、远程通信技术盲区等问题，许多研究以BDS、物联网、云存储技术为基础，设计出了实时性、功能齐全的环境监测系统，能更高效而准确地获取景区生态环境参数。

“北斗+技术设备”构建桃花源旅游景区的生态环境监测系统结构可分为浮标单元系统、岸站单元系统。其中，浮标单元系统以桃花源旅游景区生态浮标为平台，在平台上集成传感器模块、数据采集模块和北斗用户飞行器。同时岸站单元系统配备北斗终端、数据接收模块，通过数据通信技术，实时采集、实时传输桃花源旅游景区生态环境参数。空气质量传感器，优化了传统空气质量监测模式，实现了空气质量的实时监测。

3 结果与分析

3.1 没有可依据的技术规程

笔者通过参考国内相关文献资料发现，我国现阶段还没有制定旅游影响监测的统一化技术法规/标准。《自然保护区生态旅游规划技术规范》提出了自然保护区生态环境监测内容主要包括保护区生物资源、保护区自然景观、保护区水环境、保护区空气环境、保护区土壤环境等，同时也明确界定了监测指标选择标准，即 “生态环境监测要以自然保护区生生态特征为主要依据，选择一些象征性的景区事物来代表指数和固定位置，建立相应的监控程序，在一个森林类型旅游区，指标可能包括植被结构、土壤和动植物种群等，不同的指标需要对应不同的监测方法。”国内外学者分别基于生态旅游对生态环境、动植物影响机理的角度出发，深入探究分析了自然保护区生态旅游对当地生态平衡、野生动物行为的影响作用。这些研究对象明确，方法针对性强，对构建生态环境监测指标体系具有较高的参考价值。

3.2 监测的指标具有指示性

桃花源旅游景区生态环境监测系统可以监测风景区、野生大象谷景区的活动，桃花源旅游景区管理局根据云南省地方标准《自然保护区和国家公园的生物多样性监测技术法规》编制了桃花源旅游景区监测业务。只有云南省桃花源旅游景区将“旅游影响监测”列为生物多样性监测对象。监测指标和其他单独设置的实现方法如下：根据景区的实际情况，采用跟踪监测的方法在景区设置样带，每年监测一次。桃花源旅游景区的旅游影响生态环境监测、热带雨林监测指数，设立并实施监测区域。热带雨林、可见树木和亚洲象都被列为旅游影响监测指标。桃花源旅游景区旅游影响监测指标具有指示性和代表性。

3.3 监测需进一步补充完善

桃花源旅游景区的生态旅游影响着生态环境的监测。基于监测地点、检测指标的角度而言，桃花源旅游景区生态环境监测系统只覆盖了5个景点，仅仅收集了游客人数指标。借助保护区的资源优势，构建生态旅游景区，开展生态旅游活动，可以向游客广泛普及自然科学知识，潜移默化地培养游客的环保意识，强化游客环保行为，循序推进保护区科普教育功能。布设了基于北斗卫星导航系统的环境监测系统，并严格遵循相关规定，多次联合测试环境监测终端以及综合信息服务平台，满足了性能、功能设计要求。相比于其他环境检测系统，基于北斗卫星导航系统具有以下显著特征：安全性、稳定性、便捷性、实用性，发展前景较好。同时，中国自主研发北斗导航卫星系统目前已投入使用，在环境监测方面卓有成效。